PROFIBUS總線(xiàn)介紹及網(wǎng)絡(luò )

PROFIBUS是一種具有廣泛應用的、開(kāi)放的數字通信系統，適合于快速、時(shí)間要求嚴格的應用和復雜的通信任務(wù)，特別適用于工廠(chǎng)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域。PROFIBUS是工業(yè)控制領(lǐng)域中的主流現場(chǎng)總線(xiàn)標準，被納入國際標準IEC 61158和IEC 61784中。在“PROFIBUS用戶(hù)組織”的普遍可提供的導則中規定了應用和工程方面的信息，這滿(mǎn)足用戶(hù)對于制造商無(wú)關(guān)性和開(kāi)放性的要求，并確保在各個(gè)制造商的設備之間進(jìn)行通信。PROFIBUS主要應用于工業(yè)通信、加工制造、過(guò)程控制、工廠(chǎng)自動(dòng)化、交通電力等領(lǐng)域。市場(chǎng)調查確認，在德國和歐洲市場(chǎng)中PROFIBUS占開(kāi)放性工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)系統的市場(chǎng)超過(guò)40％，截止2008年底，超過(guò)2 800萬(wàn)個(gè)設備節點(diǎn)被安裝。在2006年，PROFIBUS成為中國第一個(gè)工業(yè)通信領(lǐng)域現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)國家標準：GB/T 20540-2006。

　　PROFIBUS-DP是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速通信連接，是專(zhuān)為自動(dòng)控制和設備級分散I/O之間的通信設計的，主要側重于工廠(chǎng)自動(dòng)化，用于分布式控制系統的高速數據傳輸，其傳輸速率高達12 Mb/s。截止目前，DP的應用占到整個(gè)PROFIBUS應用的80%安裝實(shí)例，代表了PROFIBUS的技術(shù)精華和特點(diǎn)。

　　PROFIBUS由國際PI組織負責管理與維護，保障用戶(hù)最大的利益。

　　1 PROFIBUS技術(shù)系統結構

　　PROFIBUS技術(shù)系統結構如圖1所示。

　　2 PROFIBUS-DP特點(diǎn)

　　PROFIBUS-DP的主要特點(diǎn)：(1)傳輸技術(shù)：RS-485雙絞線(xiàn)、雙線(xiàn)電纜或光纜，波特率從9.6 kb/s～12 Mb/s。(2)總線(xiàn)存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞，主站與從站間為主-從傳送；支持單主或多主系統；總線(xiàn)上最多站點(diǎn)（主-從設備）數為126。(3)通信：點(diǎn)對點(diǎn)（用戶(hù)數據傳送）或廣播（控制指令）；循環(huán)主-從用戶(hù)數據傳送和非循環(huán)主-主數據傳送。(4)運行模式：運行、清除、停止。(5)同步：控制指令允許輸入和輸出同步；同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。(6)功能：DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶(hù)數據傳送；各DP從站的動(dòng)態(tài)激活和可激活；DP從站組態(tài)的檢查；強大的診斷功能，三級診斷信息；輸入或輸出的同步；通過(guò)總線(xiàn)給DP從站賦予地址；通過(guò)總線(xiàn)對DP主站（DPM1）進(jìn)行配置；每DP從站的輸入和輸出數據最大為246 B。(7)可靠性和保護機制：所有信息的傳輸按海明距離HD=4進(jìn)行；DP從站帶看門(mén)狗定時(shí)器；對DP從站的輸入/輸出進(jìn)行存取保護；DP主站上帶可變定時(shí)器的用戶(hù)數據傳送監視。(8)設備類(lèi)型：第二類(lèi)DP主站(DPM2)是可進(jìn)行編程、組態(tài)、診斷的設備；第一類(lèi)DP主站(DPM1)是中央可編程序控制器，如PLC、PC等；DP從站是帶二進(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅動(dòng)器、閥門(mén)等。

　　DP-V1擴展主要內容：PC/PLC和從站設備之間的非循環(huán)數據交換；故障安全通信（PROFIsafe）；報警。

　　DP-V2擴展主要內容：廣播數據交換(生產(chǎn)者/消費者)；同步模式（等距離）；時(shí)鐘同步或時(shí)間標簽；冗余。

　　3 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )組建

　　PROFIBUS實(shí)際上是指一組協(xié)議與應用規約的集合，其核心是數據鏈路層上使用統一的通信協(xié)議——基于Token_passing的主從輪詢(xún)協(xié)議，而在其下的物理層和其上的應用層則使用不同的應用規約。PROFIBUS典型的面向應用的特性如圖2所示。

　　盡管如此，在大多數的應用場(chǎng)合，使用了RS-485物理層，這主要是由于PROFIBUS-DP的應用占據了大部分PROFIBUS的應用。

　　PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)時(shí)選用帶屏蔽雙絞線(xiàn)，提高總線(xiàn)抗干擾能力。表1所示為DP通信波特率與總線(xiàn)長(cháng)度的關(guān)系。PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )分段，每段最大包括32個(gè)站，整個(gè)網(wǎng)絡(luò )最大站個(gè)數是126。

　　在一個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )中包含有三種設備，它們分別是：一類(lèi)主站、二類(lèi)主站和從站。一個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統中，可以沒(méi)有二類(lèi)主站，但必須包含一類(lèi)主站和從站。依據其主站個(gè)數，可分為單主站和多主站系統，其中單主站系統最為常見(jiàn)。

　　圖3是一個(gè)單主站網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )中有多個(gè)從站設備。分布式I/O、變頻器、電機啟動(dòng)保護裝置、智能高低壓電器、電量測量裝置、各種變送器、智能現場(chǎng)測量設備及儀表等都可以通過(guò)XGate-DPS系列模塊作為一個(gè)從站設備連接到PROFIBUS總線(xiàn)上。

　　圖4所示為多主混合網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )中一類(lèi)主站PLC負責與其所屬的從站交換數據，二類(lèi)主站負責監控或組態(tài)或診斷。當然，一個(gè)網(wǎng)絡(luò )中可以有多個(gè)一類(lèi)主站和二類(lèi)主站。通過(guò)作為DP從站的網(wǎng)關(guān)，可以將其他網(wǎng)絡(luò )設備(如CAN網(wǎng)絡(luò )、MODBUS網(wǎng)絡(luò )等)接入PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )，如圖中，通過(guò)廣州致遠電子的DPS-CAN網(wǎng)關(guān)將CAN總線(xiàn)（iCAN模塊，Any-CAN模塊等）接入DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )；如果站ADDR=15是一臺PA耦合器，則可以將PROFIBUS-PA網(wǎng)絡(luò )接入DP網(wǎng)絡(luò )。

　　根據不同應用環(huán)境可選用不同的物理層和應用行規來(lái)組建PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )，在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )的布置方面，采用標準的總線(xiàn)電纜和總線(xiàn)接線(xiàn)器，在總線(xiàn)終端正確接上接線(xiàn)器的終端電阻，是組建一個(gè)抗干擾能力強、穩定可靠的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò )的有效方法。

　　廣州致遠電子有限公司致力于嵌入式系統、工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)研發(fā)與應用推廣，自主研發(fā)了一系列PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品，包括嵌入式模塊、通信卡、調試工具、PC軟件、OPC服務(wù)器等，并提供基于PROFIBUS總線(xiàn)的整套組網(wǎng)方案及應用集成。